Tegra承载NVIDIA 之梦
技术讲坛
相信提到N卡，大家都不会陌生。作为全球最主要的GPU生产厂商，NVIDIA在PC显卡领域的地位一直很难撼动。不过，谈到NVIDIA处理器，相信不少朋友就感到有点陌生了。事实上，NVIDIA早就推出了处理器，只不过它的发展方向选择了竞争相对缓和、发展空间更为广阔的移动设备市场，比如时下热门的智能手机、平板电脑采用了NVIDIA的第二代Tegra芯片，那么 Tegra究竟是一款什么样的处理器，这是此次我们所要谈论的话题。
第一代Tegra：划过夜空的流星
谈到Tegra，首先要追溯到2008年，相信NVIDIA应该仍记得当年的心情是如何的郁闷。当时AMD 收购ATI后直接从NVIDIA的合作伙伴变成了竞争对手，NVIDIA在AMD主板芯片组及GPU两方面的双重打击下日子过得越来越不舒心。同时在Intel 主板芯片组供应方面，因为授权问题又不断遭到Intel刁难，而且新一代Nehalem架构彻底封死了NVIDIA的主板芯片组业务。在这种情况下，NVIDIA不得不认真考虑未来的生存之道，在当时就盯上了ARM 处理器架构在智能手机以及便携上网设备上的潜力，最终选择通过购买 ARM Cortex A11 架构授权，进入从未涉足过的应用处理器领域——Tegra就在这种情况下诞生了！
NVIDIA Tegra所采用的架构打破了我们传统概念中的CPU和GPU架构设计，其采用了多处理器专项模式运行，其中包括一个800MHz的ARM CPU内核、一个高清视频处理器、一个成像处理器、一个音频处理器以及一个超低功耗GeForce GPU，这些处理器集成在了一起组成了Tegra。而我们在使用某一个领域应用的时候就会调用专项处理器，比如：玩游戏时GeForce GPU就会自动站出来承担处理工作，而在播放高清时则由高清视频处理器负责，而ARM CPU则是协调整个芯片工作的负责人。这样设计的好处就是在进行某一个应用的时候只需要调用负责的处理器，而其他处理器处于空闲状态，那么整体功耗将得到大幅度降低。
虽然Tegra亮点不少，但NVIDIA在应用处理器市场知名度不高，Tegra推出之后也只得到了微软的支持。比如微软旗下的 Windows Phone、Windows CE 等系统都对Tegra进行支持，当时微软多媒体播放器 Zune HD 就是采用了Tegra处理器。不过Tegra并没有顺风顺水，一方面市场上的智能手机系统并不是微软的领地，另一方面Tegra缺少平台及软件支持、价格偏高也让不少厂商有所顾忌，因此在市场上几乎看不到基于Tegra的产品，大家对Tegra的认识也仅仅停留在字面之上。
第二代Tegra：铁树终有开花时
1. 双核处理提升性能
NVIDIA并没有因为Tegra 的挫败而放弃发展应用处理器的念头，在2010年1月推出了Tegra2。它采用了与第一代的Tegra处理器相同的架构，由CPU、高清视频处理器、图形处理器、音频解码单元、网络控制器、通讯控制器等模块组成。只不过为了提升处理性能，NVIDIA在Tegra 2上多了一个ARM Cortex A9核心，而这个处理核心也正是Tegra 2的最大亮点。
相对于Tegra使用的ARM 11核心，Cortex A9的性能更出色：在同频的情况下，Cortex A9的性能比Cortex 11提高了将近20%。Tegra 2一下子就集成了两个A9处理单元，你可以想象一下它的性能。同桌面处理器类似，Tegra 2内建的两颗Cortex A9处理器各自具备独有的指令缓存（32KB）和数据缓存（32KB），二级缓存则采用了共享方式。不过，由于ARM针对Cortex A9进行了节能优化，结合台积电的40nm制程工艺，Tegra 2功耗控制反而比Tegra 低——在同等性能下能降低40%的功耗。
2.拿手的是多媒体性能
NVIDIA的拿手好戏仍是在图形处理技术方面。虽然Tegra2的GeForce GPU 的架构与一代Tegra的大致相同，不过由于带宽以及频率提升，图形性能比Tegra强上许多。Tegra 2拥有每秒7100万三角形的生成能力，其峰值填充率与Z缓冲过滤可以达到1200万像素每秒。相较之下苹果iPad的A4处理器使用的Power VR SGX 535显示核心生成能力仅有2800万，Tegra 2的图形性能是苹果A4的2.5倍，用NVIDIA的话来说“运行虚幻3都没什么问题”。此外，GPU的纹理分辨率支持4000×4000和2000×2000像素，最高可以实现1680×1050分辨率输出，并支持HDMI 1.3连接规范。
同时，视频编码方面也是Tegra2的优势。Tegra 2内部对于高清视频信号分别交由两个部分处理，一个负责高清视频编码，另一个负责高清视频解码，能够完成H.264格式的高清视频编码工作，实现高达每秒10帧的1080P加速能力。值得一提的是，NVIDIA结合了部分硬件线路设计，而不是像高通那样采用DSP来解码，因此Tegra2不仅效率高、占用芯片面积小，而且更为省电。事实上，Tegra 2在解码1080P高清视频时功耗仅为100mW，其他同类产品由于主芯片也参与了部分解码工作，所以整体功耗飙升至1000mW左右。NVIDIA官方称，Tegra 2可以让设备一次充电连续播放高清视频16个小时以上。
谈到省电，我们也不得不谈一下Tegra2的音频解码单元，这也是Tegra2的一大变革。Tegra 2中所集成的音频解码单元出自PortalPlayer之手。NVIDIA官方宣称，这款音频解码芯片在解码MP3格式音频的时候功耗不超过10mW。之前采用第一代Tegra的微软Zune HD播放器可以实现33小时的MP3播放，而采用Tegra 2芯片的5英寸平板可以连续播放MP3达140小时。
3.支持安卓，助力手机和平板
不过，虽然Tegra 2在2010年就推出了，但当时并没有造成相当大的反响，其中缺乏应用软件的支持仍是Tegra 2面临的问题。对此，NVIDIA采用了脚踏两只船的作法：一方面继续傍着微软这棵大树，另一方面投靠了谷歌。正是谷歌推出Android 3.0系统，让Tegra 2得到了翻身。Android 3.0在系统上最大的价值不仅是在表面上UI对于平板使用的优化，而关键的是原生支持更高的分辨率，使平板的高分辨率能够彻底发挥优势，这一点正是Tegra 2所具有的特长。Tegra 2最高可实现双倍浏览速度以及硬件加速Flash功能，在网页浏览、高清视频、游戏体验上可以做到让以前所有的Android设备自惭形秽，进一步缩小Android和iPhone在用户体验上的差距，并有赶超之势。
正是借Android 3.0东风，Tegra2今年几乎出尽了风头，在LG、摩托罗拉、三星等大厂的支持下似乎成为了平板电脑圈的当红头牌，目前已经有LG Optimus 2X、宏碁Iconia Tab A500、摩托罗拉Xoom以及三星Galaxy Tab2等产品都采用了Tegra 2平台，这也意味着平板电脑、智能手机将正式进入了Tegra 2处理器时代。
第三代Tegra:蓄势待发
Tegra 2可以说是铁树开花，推出整整一年后才进入角色。不过，Tegra 2的晚熟，并不会让NVIDIA放慢前进的步伐，早就在规划着Tegra 2下一代接班人——代号为“Kal-El”的Tegra 3。在不久前举行的2011年台北电脑展上，NVIDIA就展出了下一代的Tegra3产品，狠狠地秀了一把Tegra3的性能。
在核心架构上，Tegra3仍然与Tegra2一样采用基于授权而来的ARM Cortex A9架构，只是核心数量由两个增加至四个，最高频率也提升到1.5GHz。现在的网页内容越来越丰富，也越来越复杂，如HTML5、Flash、Javascript、视频等内容的显示都需要强大的处理能力，而多核处理器的引入自然能为移动平台的应用体验提升一个档次。图形核心部分，Tegra3将仍采用GeForce GPU架构，但着色器数量从Tegra 2的8个增加到12个，图形显示性能达到了Tegra2的三倍，这是一个相当显著的进步。在视频解码方面，Tegra 3能够支持稳定码率为40Mbps、峰值码率达60Mbps，支持2560×1440的高清H.264视频解码，解码性能是上一代Tegra2的两倍。在2560×1600分辨率下，Tegra 3可以直接硬解（完全由GPU完成视频的解码工作）播放1440P视频。值得一提的是，Tegra 3的每个核心都将增加支持ARM MPE媒体处理引擎和NEON媒体与信号处理技术。
从发展趋势看，Tegra 3的出现意味着平板电脑、智能手机的四核时代即将来临。NVIDIA官方称，基于Tegra3的平板电脑将在今年9月发布，智能手机稍晚一点，今年底会有产品出现。如果实物真的能够如这次展示的效果，那么对于平板电脑来说无疑是一次重大的进步，届时Tegra3+ARM+Android没准真的会给苹果带来一次致命的反击。
结语
就之前生产ARM架构产品的厂商而言，其实NVIDIA算是新进公司。不过凭借NVIDIA的创新及在图形处理芯片技术方面的优势，Tegra最终在众多ARM架构应用处理器中脱颖而出。不过路遥知马力，到底Tegra在后PC时代能否再创NVIDIA在GPU领域的辉煌、助NVIDIA成就应用处理器霸业之梦，这仍需时间来证明。